AJUSTES Y TOLERANCIAS DE FABRICACIÓN. GENERALIDADES. CONCEPTO DE AJUSTE. Para que un elemento mecánico funcione correctamente, es necesario que las distintas piezas que lo forman estén acopladas entre sí, en condiciones bien determinadas. Por ejemplo, el conjunto representado en la figura adjunta, compuesto por las piezas que en la misma se señalan, ha de reunir en lo que se refiere al acoplamiento de las piezas entre sí, las siguientes condiciones: a) Que el cojinete (2) y el (3) estén montados a presión en el soporte (1), es decir, que queden fijos con el soporte; b) Que el eje (4) gire libremente dentro de los cojinetes (2) y (3); además sería necesario reglar la posición de la arandela (5), para regular el juego axial (holgura axial) del eje (4). Para conseguir la condición (a): " cojinete que entre a presión en el soporte ", es necesario que el diámetro exterior d del cojinete sea ligeramente mayor que el diámetro D del agujero del soporte, tal como se ve en la figura adjunta, es decir: d>D Llamándose aprieto a la diferencia de diámetros: d - D = aprieto Para conseguir la condición (b): " eje girando libremente en los cojinetes ", es necesario que el diámetro exterior del eje (4) sea ligeramente menor que el diámetro interior de los cojinetes (2) y (3). Por lo tanto, tal como se ve en la figura adjunta, d
CLASES DE AJUSTE. No todas las piezas cuyo montaje requiere un ajuste móvil han de tener el mismo juego. Cuanto mayor tenga que ser la precisión del acoplamiento, en general, menor será el juego. Así, vemos que para un acoplamiento de precisión, el juego es de milésimas, mientras que para un acoplamiento ordinario puede llegar a valer incluso décimas de milímetro. Otro tanto se podría decir en cuanto al aprieto de los ajustes fijos.
FORMA DE LOS AJUSTES. Siendo los acoplamientos de piezas cilíndricas los más empleados, se generalizaron las denominaciones de: Agujero para la pieza hembra que contiene. Eje para la pieza contenida. Sean o no cilíndricas. En consecuencia, un ajuste puede estar formado por piezas cilíndricas, cónicas, prismáticas, en cola de milano, etc., tal como se observa en las figuras siguientes, pero siempre estará compuesto por dos piezas: EJE y AGUJERO.
CONSTRUCCIÓN DE LAS PIEZAS DE UN ELEMENTO MECÁNICO. La experiencia demuestra que no es posible construir una pieza cuyas cotas sean exactamente iguales a las cotas que señala el plano (figura adjunta) . Esta imposibilidad de poder obtener una cota exacta, es debida a las causas siguientes:
- Errores cometidos por el aparato de medida; - Errores e incertidumbres debidas al operario; - Errores debidos a deformaciones mecánica s; - Errores debidos a dilataciones térmicas; - Errores debidos a la falta de precisión de la máquina.
Cuanto más esmerada sea la fabricación, empleando aparatos de medida y máquinas de más precisión, temperatura ideal de 20ºC, etc., menor será la diferencia entre las cotas reales de la pieza mecanizada y las del plano, pero de todas formas SIEMPRE SE COMETERÁ UN PEQUEÑO ERROR en la obtención de una cota determinada. Errores originados por las distintas máquinas -herramientas.
A título de orientación, se da a continuación la precisión que se puede obtener con algunas máquinas-herramientas de tamaño reducido, siempre que, tanto éstas como las herramientas empleadas estén en perfecto estado y efectuando una mecanización cuidadosa. Máquina mm. 1. Cepilladora............................. 0.100 2. Fresadora............................... 0.050 3.Torno paralelo....................0.020 4. Rectificadora..........................0.005 5. Rectificado preciso.................0.001 6. Superacabado........................0.0005 Por lo tanto se comprende que no es posible obtener una pieza en cepilladora con error menor de 100 micras sobre las cotas del plano, 50 micras en fresadora, etc. En consecuencia, si hay que construir, por ejemplo, por torneado un lote de piezas a un diámetro determinado, llamado DIÁMETRO NOMINAL, las cotas reales de las piezas mecanizadas estarán comprendidas dentro de una ZONA DE ERROR, tal como se ve en las figuras siguientes.
Resumiendo , en las cotas de toda pieza mecanizada hay que tolerar un error, cuya magnitud depende principalmente de la precisión de la máquina a utilizar y del esmero que se ponga en la ejecución: aparato de medida, temperatura, categoría del operario, etc. Este error se llama " TOLERANCIA DE FABRICACIÓN" o simplemente " TOLERANCIA".
De forma inversa, si se desea obtener una pieza con una precisión dada (por ejemplo, cotas muy próximas a las indicadas en el plano), se fija de antemano el error máximo admisible ( TOLERANCIA DE FABRICACIÓN) que se desea obtener y a la vista del mismo se elige la máquina apropiada para su elaboración.
POSICIÓN DE LA TOLERANCIA. Una vez que se fija la magnitud de la tolerancia (error máximo admitido en la construcción de la pieza), cabe preguntar: ¿la cota real de la pieza a de permanecer inferior a la cota nominal? ¿puede exceder de ésta? ¿La cota nominal ha de estar comprendida en esa zona de error o zona de tolerancia? En el supuesto de que se fije una tolerancia de 0.040 mm. para el eje de 25 mm. de diámetro de la figura adjunta, según se fije la tolerancia en (+) o en (-) o en (±), el diámetro real de la pieza podría estar comprendido entre los límites siguientes: Posición (a); tolerancia (+): Diámetro máximo = 25.040 mm. Diámetro mínimo = 25.000 mm. Posición (b); tolerancia (-): Diámetro máximo = 25.000 mm. Diámetro mínimo = 24.960 mm. Posición (c); tolerancia (±): Diámetro máximo = 25.020 mm. Diámetro mínimo = 24.980 mm.
Incluso podrían adoptarse numerosas posiciones con tolerancia (±), pero repartidas desigualmente a ambos lados de la línea de referencia. Por lo tanto, a la tolerancia se le puede fijar una POSICIÓN, con lo cual se obtendrían diámetros cuyas cotas, aun estando dentro de la tolerancia, tendrían valores distintos. Esta posición de la tolerancia , la determina la característica de juego o aprieto que deba tener el ajuste. Ejemplo: si tenemos mecanizado un agujero a una cota determinada D y queremos ajustar en él un eje, a éste le pondríamos la tolerancia a menos si lo que deseamos es un ajuste de entrada suave (el eje se desliza dentro del agujero); utilizaríamos la tolerancia a más si queremos que el eje entre algo forzado en el agujero (meterlo a golpe de mazo de madera).
Si lo que se desea es un ajuste móvil que tenga mucho juego, se fija la tolerancia en función del "juego máximo" y "juego mínimo" admitido. Ejemplo: supongamos que tenemos un agujero mecanizado con un diámetro de 25.000 mm. Y que se desea ajustar en él un eje que dé un juego comprendido entre 0.010 mm. Y 0.025 mm.
En este caso particular, si respetamos en diámetro del agujero, el diámetro real del eje estaría comprendido entre los siguientes valores límites: Diámetro máximo = 24.990 mm. Diámetro mínimo = 24.975 mm. Tolerancia del eje: 24.990 - 24.975 = 0.015 mm.
CÓMO NO SE DEBE DE ACOTAR. Un procedimiento incorrecto que no se debe emplear para señalar una cota y tolerancia determinada de un eje (o agujero), sería el de acotar como diámetro nominal el diámetro máximo (o el diámetro mínimo) y sobre éste la tolerancia, en nuestro caso señalando la tolerancia de 0.015 mm. En "menos" (o en "más"), tal como se indica en las siguientes figuras.
Este procedimiento no es cómodo, porque para las piezas de un mismo ajuste, el agujero tendría un diámetro nominal y el eje otro diámetro nominal distinto (en nuestro caso podría ser 24.990 o 24.9975, según se tome el diámetro máximo o mínimo). Esto da lugar a confusiones al tener que comparar entre sí piezas de un mismo ajuste. Por otra parte, saldrían para los diámetros nominales números decimales, cosa que tampoco es conveniente. Por las razones expuestas, al eje se le pone el mismo diámetro nominal que tiene el agujero (o al agujero el mismo que tiene el eje) y se indica la posición de la tolerancia en el eje (o en el agujero), acotando las diferencias que hay entre el diámetro nominal y los diámetros máximo y mínimo , respectivamente. A la línea O-O' correspondiente a la generatriz del cilindro de diámetro nominal, se denomina LÍNEA CERO o LÍNEA DE REFERENCIA. A las diferencias citadas se denominan DIFERENCIAS DE REFERENCIA, siendo para el eje: Diferencia superior = nominal - máximo. Diferencia inferior =
nominal
- mínimo.
En los planos, las diferencias de referencia se colocan al lado de la cota nominal con el correspondiente signo. Las figuras siguientes muestran diferentes posibilidades de cómo se debe de acotar una tolerancia numéricamente, de acuerdo con su POSICIÓN Y MAGNITUD.
VENTAJAS DE UN SISTEMA DE TOLERANCIAS: LOS DOS MÉTODOS DE FABRICACIÓN. En el mecanizado de piezas que deban ser acopladas entre sí pueden seguirse dos métodos de ejecución: a) método artesano; b) método racional. Ejemplo : supongamos que se desea fabricar piezas acopladas entre sí con "ajuste móvil" que tienen un diámetro nominal de 25 mm. Y teniendo que dar un "juego" comprendido entre 8 y 42 milésimas. PROCESO DE EJECUCIÓN MÉTODO ARTESANO
MÉTODO RACIONAL
1º. Construir los agujeros aproximándose lo más posible al diámetro nominal. 2º. Acoplar un eje a cada agujero ya mecanizado procurando que entre ambos quede un juego de 8 a 42 micras.
1º. Fijar la magnitud y posición de las tolerancias en función del "juego" deseado, tanto en el agujero como en el eje. 2º. Mecanizar agujeros y ejes, respetando la tolerancia señalada.